【手続補正書】
【提出日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性層からなる自由層及び固定層と、強磁性層からなり、前記自由層及び固定層の間に設けられる平均自由行程以下の寸法を持つ１又は２以上のナノ接合部とを有し、前記ナノ接合部の内部に現れる磁壁が、主として、ブロッホ磁壁、ネール磁壁又はそれらが混在している磁壁であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記磁壁が主としてブロッホ磁壁である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子において、当該磁気抵抗効果素子の積層方向における前記ナノ接合部の寸法ｈとナノ接合部の形成材料の格子定数ａとが、ｈ＜４×ａの関係であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記磁壁が主としてネール磁壁である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子において、当該磁気抵抗効果素子の積層方向における前記ナノ接合部の寸法ｈとナノ接合部の形成材料の格子定数ａとが、ｈ＞２０×ａの関係であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
強磁性層からなる前記自由層及び前記固定層が、分極率０．５以上の強磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記ナノ接合部及び当該ナノ接合部以外の部位である絶縁層と、前記自由層及び固定層の一方又は両方との間に、導電性薄層が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記導電性薄層の厚さが０．１〜１ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記絶縁層が、酸化物又は窒化物等の絶縁材料で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
信号を検出するためのセンス電流が、ナノ接合部を介して、前記自由層と固定層との間を流れることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１０】
強磁性層からなる自由層及び固定層と、
強磁性層からなり、前記自由層及び固定層の間に設けられる１又は２以上のナノ接合部とを有し、
前記ナノ接合部及び当該ナノ接合部以外の部位である絶縁層と、前記自由層及び固定層の一方又は両方との間に、導電性薄層が設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記第１の目的を達成する本発明の磁気抵抗効果素子は、強磁性層からなる自由層及び固定層と、強磁性層からなり、前記自由層及び固定層の間に設けられる平均自由行程以下の寸法を持つ１又は２以上のナノ接合部とを有し、前記ナノ接合部の内部に現れる磁壁が、主として、ブロッホ磁壁、ネール磁壁又はそれらが混在している磁壁であることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明によれば、強磁性層からなり平均自由行程以下の寸法を持つ１又は２以上のナノ接合部が、いずれも強磁性層からなる自由層と固定層との間に設けられているので、得られた磁気抵抗効果素子は、そのナノ接合部に由来するＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができる。さらに本発明によれば、ナノ接合部の内部に現れる磁壁が、主として、ブロッホ磁壁、ネール磁壁又は双方が混在する磁壁であるので、それぞれ極小の磁壁エネルギー状態となっている。そのため、高い磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子１０は、図１に示すように、強磁性層からなる自由層１及び固定層２と、強磁性層からなり、その自由層１及び固定層２の間に設けられる平均自由行程以下の寸法を持つ１又は２以上のナノ接合部３とを有するＢＭＲ素子である。そして、そのナノ接合部３の内部に現れる磁壁は、主として、ブロッホ磁壁、ネール磁壁又はそれら双方が混在している磁壁となっている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
このナノ接合部３は、スピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明において、ナノ接合部３の寸法は、平均自由行程以下の長さになっている。このナノ接合部３の寸法は、図１に示すように、幅方向の長さ（寸法）ｄ及び積層方向の長さ（寸法）ｈで表される。従って、ナノ接合部３は、幅方向の長さ（寸法）ｄ及び積層方向の長さ（寸法）ｈのいずれにおいても平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
ナノ接合部３の幅方向の長さ（寸法）ｄは、平均自由行程以下であることが好ましい。平均自由行程も材料固有の値であり、ナノ接合部３を形成する強磁性材料により異なるが、多くの強磁性材料は５ｎｍ〜１５ｎｍ程度であるので、「平均自由行程以下」とは、「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」と規定することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
一方、ナノ接合部３の積層方向（高さ方向）の長さ（寸法）ｈ（図１を正面視した場合においては上下方向の長さ）も、上記の幅方向の長さｄと同様に、平均自由行程以下であることが好ましい。具体的には上記と同様に「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」とすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
ナノ接合部３の幅方向の長さ（寸法）ｄ及び積層方向の長さ（寸法）ｈが平均自由行程を超えた寸法である場合は、磁化が反並行の場合にナノ接合部３の磁壁は非常に厚くなり、そのナノ接合部３を通過する電子はスピン情報を保つことが難しくなる。その結果として、磁化の方向の変化に起因した磁気抵抗効果が得られ難くなることがある。従って、本発明においては、その寸法がスピン情報をよく保つことができる点で効果のある平均自由行程以下であることが望ましい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
すなわち、ナノ接合部３の幅方向の長さ（寸法）ｄ及び積層方向の長さ（寸法）ｈが平均自由行程以下になると、そのナノ接合部３が極薄磁壁の発生部となり、そのナノ接合部３を挟む態様で設けられている強磁性層からなる自由層１及び固定層２の間の相対的な磁化の配置関係を変化させることができる。これにより、強磁性層からなる自由層１及び固定層２の間の電気抵抗が変化する。本発明の磁気抵抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在することから、ここで発生する磁気抵抗効果は、ナノ接合部３の部分で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であるといえる。ここで、ナノ接合部３の磁壁は、磁化方向を異にする２つの部分（ナノ接合部３を挟む２つの強磁性層）の遷移領域として作用する。そして、本発明においては、磁化方向及び印加磁場の大きさに応じて５０％以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
１又は２以上のナノ接合部３を挟むように配置される自由層１と固定層２は、いずれも強磁性層である。なお、ナノ接合部３を挟むように配置される強磁性層とは、自由層１を構成する強磁性層が２以上ある場合にはナノ接合部側に配置される強磁性層のことであり、固定層２を構成する強磁性層が２以上ある場合にはナノ接合部側に配置される強磁性層のことである。本発明においては、これらの強磁性層がスピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、上記のナノ接合部３と同様の材料が好ましく用いられ、例えば、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
自由層１を構成する強磁性層は、上述したようなスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが好ましい。具体的には、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく、スパッタリングや蒸着等の方法で通常０．５〜５ｎｍの厚さで成膜される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
２つの強磁性層を強磁性結合で設ける場合は、ナノ接合部３から離れた位置に配置される強磁性層は分極率の高い材料で形成され、ナノ接合部３に隣接して設けられ強磁性層は磁歪の小さい軟磁性材料で形成される。こうした組合せで形成することにより、高感度と広い線形動作を確保することができるという効果がある。分極率の高い材料としては、前記したスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく、スパッタリングや蒸着等の方法で、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。また、磁歪の小さい軟磁性材料としては、Ｎｉ，ＮｉＦｅが特に好ましく、スパッタリングや蒸着等の方法で、通常０．５〜５ｎｍ程度の厚さで形成される。